Nhôm là kim loại có khả năng phản ứng cao, có thể tách oxy khỏi các phân tử nước để tạo ra khí hydro. Nhôm sử dụng rộng rãi trong những sản phẩm nhúng nước, không gây nguy hiểm vì nhôm lập tức phản ứng với không khí tạo ra lớp nhôm oxit bền vững, ngăn chặn những phản ứng tiếp theo.

Trong nhiều năm, các nhà khoa học nỗ lực tìm kiếm những giải pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí sử dụng khả năng phản ứng của nhôm sản xuất nhiên liệu hydro sạch.

Nhóm nhà khoa học thuộc Đại học California, Santa Cruz (UCSC), Mỹ trong một nghiên cứu mới đã phát hiện được, một hỗn hợp gali và nhôm tạo thành các hạt nano nhôm, phản ứng nhanh với nước ở nhiệt độ phòng có thể sản xuất một lượng lớn hydro. Theo lý thuyết sẽ tạo ra 90% hydro trong phản ứng với toàn bộ nhôm trong hỗn hợp. Gali dễ dàng được thu hồi để tái sử dụng sau phản ứng.

GS hóa học Scott Oliver và GS hóa sinh Bakthan Singaram., tác giả của công trình nghiên cứu, đăng trên tạp chí Applied Nano Materials cho biết, việc sản xuất hydro không sử dụng bất kỳ nguồn năng lượng đầu vào nào và tạo khí hydro hiệu quả với tốc độ cao.

 Phản ứng tạo thành các bọt khí hydro tốc độ cao. Ảnh UCSC

Phản ứng của hỗn hợp nhôm và gali với nước được biết đến từ những năm 1970, thực hiện được do gali, kim loại trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng, loại bỏ lớp phủ oxit nhôm thụ động, cho phép nhôm tiếp xúc trực tiếp với nước. Trong nghiên cứu đã có được những phát hiện mới, cho phép đưa phương pháp tách hydro này vào ứng dụng thực tế. Nhóm nghiên cứu đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế của Mỹ.

Nghiên cứu bắt nguồn từ một thử nghiệm của sinh viên, đồng tác giả Isai Lopez, nhằm tạo ra nhôm-gali hydro trong nhà bếp tại nhà.

Những nghiên cứu trước đây sử dụng hỗn hợp nhôm và gali giàu nhôm, hoặc hợp kim phức tạp hơn. Nhưng những thử nghiệm trong phòng thí nghiệm của GS Singaram cho thấy, sản xuất hydro tăng cao với hỗn hợp giàu gali. Sử dụng kính hiển vi điện tử quét và nhiễu xạ tia X, nhóm nghiên cứu xác định được, sự hình thành các hạt nano nhôm trong hỗn hợp gali-nhôm 3: 1 là tỷ lệ tối ưu để sản xuất hydro.

 Các hạt nano nhôm trong gali. Ảnh UCSC

Trong hỗn hợp giàu gali này, gali đóng vai trò hòa tan lớp phủ oxit nhôm và tách nhôm thành các hạt nano đồng thời ngăn kết tụ thành các hạt lớn hơn. Đặc điểm này cho phép các nhà khoa học sản xuất hạt nano nhôm trong điều kiện áp suất khí quyển và nhiệt độ phòng.

Nhóm nghiên cứu sử dụng một lượng nhỏ nhôm, đảm bảo hòa tan tất cả trong gali dưới dạng các hạt nano rời rạc. Tỷ lệ này tạo lên một lượng hydro lớn, gần bằng giá trị lý thuyết phân tách nước trên cơ sở sử dụng nhôm và giúp thu hồi gali dễ dàng để tái sử dụng."

Hỗn hợp có thể sản xuất từ bằng những nguồn nhôm sẵn có, kể cả giấy bạc hoặc lon đã qua sử dụng, hỗn hợp có thể bảo quản trong thời gian dài, phủ xyclohexan để chống bị ẩm.

Mặc dù gali không nhiều và tương đối đắt tiền, những sau phản ứng vẫn có thể thu hồi dễ dàng và tái sử dụng nhiều lần. Mặc dù thí nghiệm tạo hydro từ hỗn hợp nhôm, gali có hiệu quả cao, nhưng cần phải thử nghiệm bằng thực tế để chứng minh, quy trình này có thể được mở rộng để sản xuất hydro thương mại.

Tác giả đầu tiên Gabriella Amberchan là nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của GS Singaram. Các đồng tác giả là Beatriz Ehlke, Jeremy Barnett, Neo Bao, và A'Lester Allen, tất cả đều tại UCSC. Công trình nghiên cứu được hỗ trợ một phần từ quỹ Ima Hernandez.